Разработка методики управления техническим состоянием систем автомобиля, влияющих на безопасность движения

Транспорт является важнейшей отраслью народного хозяйства, обеспечивая население и хозяйствующие субъекты в перевозках. Несмотря на мировой финансово-экономический кризис, затронувший экономику России, высокая потребность в автомобильных перевозках сохраняется и вызвана ежегодным увеличением грузои пассажирооборота. Однако автомобилизации страны сопутствуют большие потери трудовых и материальных ресурсов, вызванные высоким уровнем дорожно-транспортной аварийности, которые сдерживают социально-экономическое развитие России.

По материалам мировой статистики основными причинами дорожно-транспортных происшествий (ДТП) являются: неправильные действия водителей, несоответствующие требованиям безопасности дороги, сложные дорожные условия, а так же технические неисправности транспортных средств. При этом около 15% случаев ДТП от общего их числа происходят вследствие эксплуатации транспортных средств с неисправностями систем, влияющих на их активную безопасность.

Согласно статистическим данным ГИБДД по аварийности более 70% всех ДТП, возникающих по причине неисправностей автомобилей, приходятся на отказы тормозной системы (ТС), рулевого управления (РУ) и передней подвески (ПП). Предотказное состояние этих систем, характеризуемое граничными значениями параметров их технического состояния, зачастую приводит к потере устойчивости и управляемости автомобиля. Эксплуатация таких машин сопряжена с высоким риском возникновения ДТП, поэтому поддержание данных систем в технически исправном состоянии в течение всего периода эксплуатации автотранспортных средств (АТС) — одно из важнейших условий снижения аварийности.

Разработка эффективной системы оценки работоспособности транспортных средств, базирующейся на комплексном подходе к диагностированию систем безопасности автомобиля, представляется весьма актуальной задачей, так как позволит контролировать их фактическое техническое состояние и прогнозировать оставшуюся безопасную наработку.

Цель работы — разработка эффективной системы обеспечения работоспособного состояния 1111, РУ и ТС автомобилей на основе диагностической информации.

Основные задачи исследования:

— произвести выбор и обоснование комплекса диагностических параметров (ДП), используемых для оценки технического состояния РУ, ПП и ТС автомобиля;

— разработать математическую модель влияния параметров технического состояния каждой из систем безопасности автомобиля на величину комплексного показателя безотказности (КПБ);

— исследовать эксплуатационную надежность элементов систем автомобиля, влияющих на БДД;

— определить взаимосвязь выбранных ДП, используемых для оценки технического состояния РУ, ПП и ТС с вероятностью их безотказной работы в зависимости от наработки автомобиля;

— сформировать алгоритмы поиска неисправностей в РУ, ПП и ТС при отклонении показателей их безотказности от допустимых значений и обосновать стратегию формирования комплекса технических воздействий при обнаружении технических неисправностей в рассматриваемых системах;

— разработать методику управления техническим состоянием РУ, ПП и ТС автомобиля с возможностью прогнозирования остаточной наработки транспортного средства по условиям безопасности.

Методы исследования базировались на теории вероятности и математической статистике, экспериментальных данных по эксплуатационной надёжности ПП, РУ и ТС, стендовых испытаниях с использованием диагностического оборудования.

Предметом исследования является система обеспечения работоспособного состояния РУ, ПП и ТС в процессе эксплуатации на примере легкового автомобиля ВАЗ-21 703−01−018.

Объектом исследования является РУ, ПП и ТС автомобилей.

Научная новизна работы:

— предложен КПБ, используемый для оценки технического состояния РУ, ПП и ТС транспортных средств и определения возможности их допуска к эксплуатации;

— разработана вероятностная модель пред отказного состояния АТС, позволяющая определить КПБ и учитывающая конструктивные особенности, условия эксплуатации и технологические возможности станции технического обслуживания автомобилей (СТОА);

— обоснован комплекс ДП, используемых при оценке технического состояния РУ, ПП и ТС автомобилей и предложена методика их углубленного диагностирования с расчетом КПБ, позволяющая дать объективную оценку их технического состоянияполучены математические зависимости, отражающие влияние параметров технического состояния РУ, ПП и ТС автомобилей ВАЗ-21 703−01−018 на КПБ;

— разработана система обеспечения работоспособности РУ, ПП и ТС автомобилей на основе диагностической информации с применением информационных технологий.

Практическую ценность представляет разработанная система обеспечения безотказности РУ, ПП и ТС автомобилей в эксплуатации с программным комплексом, внедрение которой в производство повышает надежность АТС, сокращает затраты на поддержание их в технически исправном состоянии, а так же способствует снижению дорожно-транспортной аварийности.

Реализация результатов работы. Результаты диссертации использованы в учебном процессе кафедры «Автомобильный транспорт» при изучении дисциплин «Техническая эксплуатация автомобилей», «Основы работоспособности технических систем» и «Основы теории надёжности и диагностика». Разработанная система управления техническим состоянием РУ, ПП и ТС переднеприводных автомобилей ВАЗ внедрена в производство на СТОА Авто-Тракт ООО «М-Авто» и «Автоцентр-Владимир» ООО «У спех-Авто».

Основные положения, выносимые на защиту:

— вероятностная модель предотказного состояния систем автомобиля, непосредственно влияющих на безопасность движения, с использованием результатов диагностирования их технического состояния;

— результаты исследований надёжности основных элементов РУ, ПП и РУ автомобилей ВАЗ-21 703−01−018 в процессе эксплуатации;

— математические зависимости, отражающие влияние параметров технического состояния РУ, ПП и ТС автомобиля ВАЗ-21 703−01−018 на КПБ;

— методика углубленного диагностирования ПП, РУ и ТС автомобиля с расчетом КПБ, позволяющая дать объективную оценку их технического состояния и спрогнозировать остаточную наработку АТС до очередного диагностирования (Д) и технического воздействия (ТВ);

— программный комплекс системы обеспечения безотказности РУ, ПП и ТС автомобилей в эксплуатации.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международных научно-практических и научно-технических конференциях: «Актуальные проблемы эксплуатации автотранспортных средств» (Владимир, 2007;2009), «Перспективы развития автосервиса, посвященной 50 — летию ВлГУ» (Владимир, 2008), «Фундаментальные и прикладные проблемы совершенствования двигателей» (Владимир, 2008 — 2010), «Проблемы эксплуатации и обслуживания транспортно-технологических машин» (Тюмень, 2009), «ЕКОВАРНА' 2010» (Болгария, Варна, 2010), научно-методических семинарах кафедры «Автомобильного транспорта» Владимирского государственного университета (2006;20 011 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 15 научных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК и 1 статья в международном сборнике докладов.

Структура и объём работы. Диссертация содержит 189 страниц основного текста с 81 иллюстрацией и 50 таблицами, состоит из введения, четырех глав, общих выводов, библиографического списка литературы, включающего 155 источников и 5 приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ.

1.Решена задача обеспечения безотказности ПП, РУ и ТС АТС в эксплуатации за счет внедрения системы управления режимами ТО и ремонта автомобилей, учитывающая их фактическое техническое состояние.

2.На основе разработанной модели структурно-следственных связей в ПП, РУ и ТС сформирован комплекс диагностических параметров для оценки технического состояния этих систем: суммарный люфт РУ, угол развала передних управляемых колес, удельная тормозная сила. В качестве оценочного параметра, характеризующего надежность АТС и позволяющего допустить его к эксплуатации, предложен комплексный показатель безотказности.

3.Разработана вероятностная модель пред отказного состояния систем автомобиля, непосредственно влияющих на безопасность движения. Ее использование позволяет исключить пропуск неисправностей (ошибку второго рода) при использовании методики комплексной оценки безотказности ПП, РУ и ТС автотранспортных средств.

4.Предложена методика комплексной оценки безотказности АТС, позволяющая выявить потенциально опасные автомобили, эксплуатируемые в период предотказного состояния. Решение о допуске транспортных средств к эксплуатации осуществляется по результатам диагностирования и расчета комплексного показателя безотказности. Для обеспечения безаварийной эксплуатации автотранспортных средств комплексный показатель безотказности рулевого, тормозного управлений и передней подвески автомобиля ВАЗ-21 703−01−018 должен быть не ниже 0,857.

5.Выполненные на базе ООО «М-Авто» и ООО «Успех-Авто» исследования работоспособности ПП, РУ и ТС автомобиля В АЗ-21 703−01−018 выявили номенклатуру деталей и узлов, лимитирующих их надежность, и позволили установить связи между ДП для оценки технического состояния рассматриваемых систем (суммарный люфт, угол развала колес, удельная тормозная сила) и общей вероятностью их безотказной работы. Полученные модели позволяют прогнозировать остаточную наработку автомобиля до отказа, а, следовательно, оперативно корректировать периодичность технических воздействий по условию безотказности. Проверка моделей с помощью Т7 — критерия Фишера подтвердила их адекватность.

6.Научно обоснованы нормативные значения диагностических параметров для оценки технического состояния ПП, РУ и ТС автомобиля. Нормирование осуществлялось по методике, учитывающей закономерности изменения параметров по наработке при вероятности отказа 5%. Допустимые значения составляют: суммарный люфт — 3,4 град., угол развала колес — О град. ±23 мин., удельная тормозная сила — 0,58.

7.Сформирован комплекс технических воздействий, направленных на обеспечение безотказности 1111, РУ и ТС автотранспортных средств, и разработаны алгоритмы поиска, локализации и устранения неисправностей, обеспечивающий проведение диагностических и ремонтно-регулировочных операций с наименьшим коэффициентом повторяемости.

8. Разработан и внедрен в производство программный комплекс управления техническим состоянием ПП, РУ и ТС автомобилей ВАЗ-21 703−01−018 в эксплуатации, который позволяет формализовать процесс принятия решений по контролю и восстановлению при необходимости их работоспособного состояния.

9. С учетом выполненных теоретических и экспериментальных исследований разработана система обеспечения безотказности ПП, РУ и ТС в эксплуатации. В результате опытного внедрения системы в производственный процесс ООО «М-Авто» в 2010 г. был получен экономический эффект в размере 321,12 тыс. руб., что подтверждает целесообразность использования системы на других СТОА.